15 fallas de los bancos de capacitores que pueden llevar a una explosión
Problemas con los bancos de capacitores
Muchos de los problemas asociados con los bancos de capacitores son bastante conocidos, ya que suceden con frecuencia. En algunas de las fallas se puede rastrear la fuente original, mientras que en otras veces esto llega a ser más difícil.
En muchos casos, el resultado final de una falla puede terminar en la explosión catastrófica del capacitador o en un incendio.
Este artículo técnico se propone a hacer visibles los riesgos potenciales de incendio y explosión de los bancos de capacitores. A continuación, enumeramos las 15 causas típicas detrás de las fallas de los bancos de capacitores:
Fallo del capacitador por voltaje inadecuado
En los bancos de filtros, las unidades de los capacitadores están conectadas en serie con inductores. A veces, el voltaje a través de las unidades del capacitador excede las capacidades de diseño.
En tales circunstancias, las unidades de capacitadores llegan a fallar catastróficamente debido a una clasificación de voltaje inadecuada.
Fusible quemado
El fallo de un fusible puede deberse a un cortocircuito en una unidad de capacitor, una sobrecarga ocasionada por excesos de voltaje o a los armónicos.
Se puede determinar cortocircuito en una unidad inspeccionando la caja del capacitor para detectar abultamientos o roturas en la lata.
- A veces, la capacidad del fusible puede ser más baja que la necesaria. La alta resistencia de contacto de la unidad de fusible puede causar temperaturas excesivas y la falla del mismo.
Cuando hablamos de la falla de un fusible significa que este se daña en circunstancias distintas a las las funciones para la que fue diseñado. Por lo tanto, un fusible que se quema después de un cortocircuito del capacitor no se clasifica como una falla del primero.
La falla del fusible puede ocurrir debido al desgaste o un uso incorrecto.
Falla térmica
Los capacitores que funcionan en condiciones de calor extremo pueden fallar debido a la temperatura excesiva. Esta condición puede deberse a la alta temperatura ambiente, el calor irradiado de equipos adyacentes o pérdidas adicionales.
Ferroresonancia
Los bancos de capacitores tienden a interactuar con la fuente o la inductancia del transformador, lo que produce ferroresonancia. Esto puede generar oscilaciones no amortiguadas en la corriente o el voltaje, dependiendo del tipo de resonancia.
Si el sistema no está adecuadamente amortiguado, existe la posibilidad de una falla de la capacitancia o del transformador. Esto se debe a la condición del sistema y no basta con una inspección visual para identificar el problema.
Armónicos
Cualquier carga no lineal en el sistema, como un horno de arco eléctrico o un equipo de conversión, producen armónicos. Los filtros se utilizan para controlarlos.
- Si la afinación de los filtros no es lo suficientemente aguda, entonces puede haber corrientes armónicas excesivas a través del banco de capacitores. Los armónicos pueden provocar el sobrecalentamiento y el fallo de las unidades de capacitoras.
Es muy importante que los bancos de capacitores se instalen en la mejor ubicación posible de la red.
Unidades de capacitores de circuito abierto
La medición de campo puede determinar si el fusible está fundido y si el circuito está abierto debido a las fallas de los bancos de capacitores.
Fallas dieléctricas
Cuando un grupo de series internas de una unidad de capacitor falla, el voltaje en los grupos restantes de la cadena se incrementa.
Lo mejor es que el banco deje de operar cuando el voltaje aplicado a los grupos de series internas restantes exceda el 110 por ciento de su voltaje nominal.
- La sensibilidad necesaria para detectar las fallas de grupos de series internas individuales requiere un esquema de detección de desequilibrio que no sea susceptible a la inestabilidad del sistema y que se pueda ajustar para anular el desequilibrio inherente del banco de capacitores.
No olvidemos que, como el diseño interno de las unidades de capacitadores utilizados en los bancos sin fusibles se convierte en parte integral del esquema del relé, cambiar las defectuosas se debe hacer solo con las que comparten la misma configuración eléctrica interna.
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Fallas en el aislamiento
Las dos fallas que más generan preocupación en un banco sin fusibles son la del aislamiento principal de una unidad y la explosión del cojinete de la misma.
Si una unidad en un banco de fusibles externo experimenta cualquiera de estas dos fallas, el fusible externo operará y retirará la unidad del servicio; sin embargo, los bancos sin fusibles no cuentan con estos.
Defectos de fabricación
Al igual que en la industria automotriz, o en cualquier otra, los defectos de fábrica son una realidad, por ello es importante notificar al fabricante del capacitor lo antes posible.
Estos defectos deben identificarse durante la prueba de las unidades de capacitores en la fábrica.
La típica falla de curva de bañera consta de tres periodos:
- Un período de elevados fallos prematuros con una tasa de fallas decreciente;
- Luego, un período de vida normal, también conocido como vida útil con una tasa de fallas baja y relativamente constante; y, finalmente,
- Un período de desgaste que muestra una tasa de fallas creciente.
Si hubiera algún defecto de fabricación en las unidades de capacitores, la falla debe ocurrir en la fábrica durante la prueba, pero no necesariamente es el caso. Durante su vida útil, cualquier falla del capacitor puede deberse al estrés al que es sometido.
Hay que estar atentos a estos defectos para evitar fallas de los bancos de capacitores.
Fallas de los bancos de capacitores debido a estrés interno en las unidades
La aplicación de corrientes de rizado, oscilatorias de alta frecuencia y sobretensiones puede causar tensión interna en las unidades de capacitores, además de fallas prematuras.
- Si consideramos un caso típico con una temperatura ambiente de 45 °C, un capacitor con una vida útil estimada de 10,000 horas, al 39 por ciento de corriente de rizado, tendría una vida de 600 horas al 100 por ciento de corriente de rizado.
Además de la corriente de rizado y las sobretensiones, el tipo de forma de onda y la duración de los impulsos de corriente también afectan la vida útil de las unidades de capacitores.
Fallas por estrés externo
A veces, los bancos de capacitores están expuestos a condiciones de operación extrema, las cuales incluyen temperaturas ambientales excesivas, humedad, ciclos de temperatura, vibraciones, golpes y falta de ventilación.
Tales condiciones pueden ocurrir en instalaciones de capacitores de subestaciones. En ciertos casos, puede utilizarse enfriamiento de aire forzado.
En muchas aplicaciones, los bancos de capacitores están expuestos sin ningún enfriamiento de aire forzado, el cual puede extender su vida útil.
Resulta complicado controlar el entorno para evitar estas fallas de los bancos de capacitores, pero sí se pueden tomar medidas para mitigar el impacto.
Error humano
A veces, los errores humanos son los responsables de la falla del banco de capacitores. Si la coordinación para proteger la selección del fusible no se realiza correctamente, puede ocurrir una falla en este o en el capacitor.
- Para la energización de los bancos de capacitores, se utiliza un conmutador de circuito equipado con resistencia de cierre. Cuando un banco de capacitores se dispara debido a una falla, el interruptor queda abierto. El conmutador de circuito todavía está en posición cerrada. Ahora, si el interruptor se usa para activar el banco de capacitores, no habrá una resistencia de cierre en el circuito y este podría fallar debido a una corriente de entrada transitoria excesiva durante la energización.
Para realizar esta operación correctamente, el conmutador de circuitos debe abrirse. Luego, el interruptor se cierra. La activación del banco de capacitores se realizará utilizando el conmutador con resistencia de cierre en el circuito.
Este error humano es común pero muy difícil de probar, a menos que el operador lo admita o lo registre. Se tratan sin duda de las fallas de los bancos de capacitores que más pueden evitarse.
Conexión de supresor de tensión
El supresor de tensión está conectado a través del banco de filtros para protegerlo de cambios abruptos y sobrecargas causadas por rayos.
En tal conexión, durante la sobrecarga, el supresor de tensión conduce y fuerza grandes corrientes a través de los capacitores.
- Corrientes tan intensas pueden causar momentáneamente la falla de estos. Al mismo tiempo, no existe protección contra sobrecargas para los capacitores.
Un circuito de filtros con conexión a tierra y un supresor de tensión a través del circuito de filtro se recomiendan bastante.
Convertidor de producción armónica y temas relacionados
Si el convertidor produce armónicos más que aceptables, los componentes del filtro, como el capacitor e inductor, se sobrecargarán, lo que provocará una falla prematuro.
- Si el tiempo de disparo no es idéntico para un set paralelo de tiristores, puede producirse una carga desigual. Esto generará fallas individuales de semiconductores, y posteriormente una cascada de fallas a través del sistema, a medida que menos dispositivos transportan más y más corriente de carga.
Los armónicos también se pueden crear en sistemas rectificadores disparando irregularidades.
Fallas de los bancos de capacitores en configuración H
Hay que considerar un banco de capacitores H. Esta configuración se utiliza para identificar la falla en los grupos por medio de la corriente resultante a través del puente. Cuando un elemento falla, produce un cortocircuito temporal. Una de las fallas de los bancos de capacitores más complejas.
Fuente: Electrical Engineering Portal
